Biomimetic…teknologi terinspirasi alam


Penjelasan sekilas mengenai teknologi biomimetic, saya ambil dari beritaiptek semoga bermanfaat. Sebetulnya sedang mencoba menulis artikel biomimetic juga tapi belum kelar he2.

Biomimetic, berarti meniru (mimicking) sistem biologi. Ini adalah sebuah cabang ilmu yang mencoba menangkap ide-ide dari makhluk hidup kemudian mengembangkannya menjadi produk teknologi yang terinspirasi fenomena alam.

Produk-produk teknologi berupa mesin atau robot secara prinsip berbeda dengan unsur biologis yang ada di alam. Mesin/robot merupakan bahan kering (dry) dan keras (hard), sangat berbeda dengan unsur biologis yang basah (wet) dan lunak (soft). Sebuah mesin membutuhkan keterampilan mendisain, namun unsur biologis terdisain sendiri secara kompleks. Sebuah pohon terdiri dari bagian yang lunak dan basah, dan pohon mendisain dirinya sendiri selama proses pertumbuhan. Disamping itu, energi efisiensi dari sebuah mesin atau robot relatif kecil (dibawah 30%), sedangkan motor biologis bisa mencapai 80%-90%.

Untuk menghasilkan produk-produk teknologi yang menyerupai unsur biologis, maka dikembangkan satu cabang ilmu yaitu biomimetic, sebuah cabang ilmu yang terinspirasi dan mencoba menangkap ide-ide dari unsur-unsur biologis yang ada di alam yang kemudian dikembangkan menjadi sebuah produk teknologi tiruan berbasis sistem biologis. Kata mimetic berarti meniru (to imitate), dengan demikian kata biomimetic berarti meniru (sistem) biologi. Dari biomimetic dan bio-engineering, para peneliti dan teknolog mencoba meniru benda-benda biologi (mimicking biology) untuk membuat benda yang cerdas (smart) dan aktif yang bisa berfungsi selayaknya unsur biologi.

Sistem biologis memberikan inspirasi

Alam sudah berusia jutaan tahun. Evolusi yang terjadi pada alam telah menjadikannya lebih efisien dan menawarkan potensi-potensi kebaikan bagi kehidupan manusia. Keunggulan serta kerumitan yang ada di alam, terutama pada sistem biologis, memberikan inspirasi kepada manusia untuk secara berkelanjutan mengembangkan dan sekaligus meningkatkan kemampuan ilmu pengetahuan dan teknologi guna memperoleh sebuah produk yang bermanfaat. Sistem sonar berfrekuensi tinggi yang digunakan oleh seekor lumba僕umba untuk berenang dalam kegelapan laut, mengilhami teknologi tinggi sebuah kapal selam. Komponen pendukung aerodynamics yang ada pada seekor capung, memberikan inspirasi bagi teknologi tinggi sebuah helikopter. Sensor-sensor yang ada pada indra manusia memberi inspirasi pada perlunya sensor-sensor biomimetik. Otot-otot biologi sebagai penggerak (actuator) memberi inspirasi pada otot-otot buatan (artificial muscles) untuk pengembangan mesin/robot biomimetik. Alam beserta unsur-unsur biologinya yang kompleks, efisien dan indah memberikan inspirasi dan sekaligus manfaat bagi manusia.

Sensor biomimetik

Lima indera yang dimiliki manusia, yaitu mata, telinga, lidah, kulit dan hidung, merupakan alat sensor biologis yang bekerja sangat sempurna. Kelima indra tersebut mengilhami sensor-sensor biomematik. Organ mata merupakan alat sensor optik bagi manusia untuk mengamati objek cahaya. Pada telinga, terdapat sensor yang menangkap perubahan tekanan dengan gelombang suara. Kulit berfungsi sebagai sensor penyentuh dengan objek adalah tekanan dan suhu. Sedangkan untuk sensor rasa pada lidah dan sensor bau pada hidung, objek-objeknya nya adalah substansi-substansi kimia.

Sensor-sensor biomimetik memiliki beberapa keutamaan. Pertama, mereka dapat bekerja pada kondisi-kondisi ekstrem seperti pada suhu dan tekanan tinggi. Yang kedua, sensor dapat dibuat dalam kemampuan yang melebihi kemampuan sensor biologis. Seorang manusia misalnya, dia tidak dapat mendengar suara supersonic, tidak dapat melihat cahaya infra merah secara langsung dan tidak dapat mengenal gas propane atau carbon dioxide, namun sensor-sensor biomimetik dapat dibuat agar bisa menerima input-input yang ekstrem sekalipun.

Dalam sejarahnya, sensor-sensor lihat, dengar dan sentuh sudah lebih dulu berkembang dan cukup popular, seperti pada benda-benda yang bergerak otomatis yang biasa digunakan oleh masyarakat saat ini (misalnya pintu otomatis, mainan robot, alat-alat audio dan visual). Sedangkan sensor-sensor rasa dan bau, masih relatif baru. Kesulitan yang dihadapi oleh sensor-sensor rasa dan bau adalah kesulitan selectivity dan sensitivity. Ini disebabkan karena kesulitan dalam mekanisme pemilihan substansi-substansi kimia yang memberikan informasi rasa dan bau tertentu (misalnya rasa manis, pahit, asin, bau wangi, busuk dll). Dalam secangkir kopi misalnya, terdapat sekitar 1000 substansi kimia, substansi kimia yang mana yang menginformasikan rasa pahit? Pada sebuah bunga tanjung, bagian manakah yang memberikan semerbak bau wangi?.

Adalah Kiyoshi Toko, professor pada Department of Electronic Devices Engineering, Kyushu University Jepang, berhasil mengembangkan sensor rasa dengan menggunakan membran-membran lipid yang berfungsi sebagai lidah electronik (electronic tongue). Toko juga berhasil mengembangkan hidung electronik (electronic nose) yang menggunakan larik sensor gas. Hasil buatannya sudah dijual secara komersial di seluruh dunia.

Otot biomimetik

Steven Ashley, staff writer dan editor majalah Scientific American, pada edisi Oktober 2003 menggangkat isu otot-otot biomimetik yang menyerupai otot-otot biologis. Otot-otot biomimetik ini dihasilkan oleh sebuah bahan polimer, yang disebut polimer elektro-aktif (electroactive polymers, EAPs), yaitu sejenis polimer yang bila distimulasi oleh medan listrik akan memberi sebuah respon mekanik berupa perubahan bentuk (shape chages). Fenomena ini disebut efek elektro-mekanik. EAPs dapat berfungsi sebagai actuator.

Berdasarkan mekanisme aktifasi, EAPs dapat dibagi dalam dua klasifikasi, yaitu electronic EAPs dan ionic EAPs. Electronic EAPs dibangkitkan oleh medan listrik atau gaya Coulomb, sedangkan ionic EAPs bekerja karena electrochemistry, mobilitas dan difusi dari ion-ion. Contoh dari electronic EAPs adalah polimer feroelektrik, EAPs dielektrik, liquid crystal elastomer (LCE) dll. Sedangkan contoh dari ionic EAPs adalah ionic polymer gels (IPG), ionomoric polymer-metal composites (IPMC), polimer konduktif dan carbon nanotube. Masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan. Misalnya electronic EAPs, material jenis ini dapat dioperasikan pada temperatur kamar (room temperature) dan mempunyai respon yang sangat cepat (orde msec), namun untuk mengoperasikannya dibutuhkan tegangan yang cukup tinggi (~ 150MV/m). Dengan menggunakan ionic EAPs, tegangan yang dibutuhkan bisa diperendah namun respon yang dihasilkan relatif panjang (orde detik). Secara umum, daya maksimum yang dihasilkan oleh EAPs bisa mencapai 150-225 W/kg dengan peak stress level sekitar 150-300KPa. Dr. Yoseph Bar-Cohen, peneliti senior dan group leader Jet Propulsion Laboratory (JPL) di Nondectructive Evaluation and Advance Actuators (NDEAA) California, adalah seorang peneliti yang sangat berperan dalam pengembangan EAP.

Contoh otot biomimetik yang sudah dikomersialkan adalah robot ikan hasil karya Eamex Corporation, sebuah perusahaan riset swasta yang berlokasi di Osaka Jepang. Eamex berhasil membuat sebuah mainan robot ikan yang bisa berenang di sebuah akuarium selayaknya seekor ikan hidup bergerak. Robot ikan yang dibuat dari bahan plastik transparan tersebut, sama sekali tidak membutuhkan pemicu gerak mekanik seperti motor, gears atau battery untuk menggerakan tubuhnya. Gerakan robot ikan ini berasal dari gerakan lentur lembaran EAP yang diselipkan pada bagian tubuh dan ekor ikan, Sinyal listrik yang berasal dari koil induksi yang berada diluar akuarium memicu lembaran EAP untuk mengembang dan menyusut secara bergantian yang mengakibatkan ekor bergerak sehingga robot ikan dapat bergerak maju. Robot ikan hasil buatan Eamex ini bisa dibeli seharga US$100 yang sekaligus merupakan produk komersial pertama otot biomimetik dari bahan EAPs di dunia.

Otot biomimetik juga dikembangkan dari polimer gel. Profesor Osada, dari Division of Biological Sciences Hokkaido University Jepang, mengembangkan intelligen gels, yaitu gel-gel yang dapat mengatur sifat-sifatnya sendiri guna merubah keadaan di sekelilingnya. Agar menyerupai otot-otot biologis, Osada mengembangkan Bio-nanomachine yang dibangun dari fiber-fiber gel protein (actin dan myosin) yang mana dapat bergerak lebih cepat dari pada fiber actin yang ada pada otot manusia.

Bagaimana perkembangan riset mengenai sensor dan otot biomimetik di tanah air? Di beberapa perguruan tinggi dan lembaga riset pemeritah, penelitian mengenai sensor-sensor rasa dan bau sedang dilakukan, walaupun mungkin untuk berkompetisi dalam level internasional masih perlu kerja keras para peneliti dan dukungan dari pemerintah dan swasta. Sedangkan untuk pengembangan otot biomimetik masih belum begitu banyak diminati.

Sistem biologis adalah sebuah sistem yang sangat kompleks yang merupakan hasil penciptaan yang sangat sempurna oleh Tuhan Maha Pencipta. Manusia dengan segala keterbatasan yang mereka miliki, tidak akan sanggup membuat satu produk yang sama sekali sempurna selayaknya mahluk biologis, namun manusia mempunyai kemampuan untuk menirukan bagian-bagian kecil yang ada pada sistem biologi tersebut. Peniruan pada bagian-bagian kecil ini saja sudah cukup membuat evolusi pemikiran terhadap produk produk baru yang bermanfaat. Manusia memang seharusnya berkaca pada alam.

Yusril Yusuf, staf pada Laboratorium Fisika Material, Jurusan Fisika, FMIPA UGM, dan

2 thoughts on “Biomimetic…teknologi terinspirasi alam

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s